论文部分内容阅读
摘要：综述了耐热混凝土的作用机理和技术途径，论述了其施工工艺，并论述了施工中质量控制要点。
关键词：耐热；混凝土；胶凝材料
Abstract: reviewed the action mechanism and the heat concrete technology way, and discusses the construction process, and discusses the construction of quality control points.
Keywords: heat; Concrete; Cement materials
中图分类号： TV544+.91文献标识码：A文章编号：
0 引言
建筑施工中耐热混凝土是指在200-1300℃高温环境的长期作用下，其物理、力学性能良好，耐急冷急热并且在高温下 干缩变形小的特种混凝土，该类混凝土多用于热工设备和受高温作用的结构物，但目前国内尚无耐热混凝土统一的技术规程，因此在耐热混凝土尤其是大体积耐热混凝土施工中从原材料选择、配合比设计以及混凝土浇筑振捣等工艺进行控制，方可确保其耐热性能，并实现其经济效益和价值。
1 耐热混凝土作用机理和技术途径
耐热混凝土是由粗细骨料和适量的胶结料及水通过计算、适配而确定配合比拌合而成的拌合料，其施工工艺类似于普通混凝土，骨料性质、混凝土基体空隙率、各成分耐热性能及胶凝材料是影响混凝土耐热性的基本因素。
普通混凝土在受热状态下内部水泥浆体失水、骨料膨胀以及水泥浆体与骨料、钢筋之间热膨胀不协调而导致热梯度产生，最终会导致结构被破坏。研究表明100℃以下随着普通混凝土内部水分的逐渐蒸发而在内部形成毛细裂缝和孔隙，一旦加载则或导致缝隙尖端应力集中而促使裂缝扩展，温度上升到200-300℃范围内其内部自由水全部蒸发，其水泥凝胶水内的结合水开始脱出且胶合作用加强，该效果会缓和应力集中现象且利于强度提高；拌合物内骨料和水泥浆体的温度膨胀系数间的差异导致随温度升高而产生应变差，随着该差值的增大而在骨料界面形成裂纹导致混凝土强度被消弱，在以上多种因素复合作用下导致在该温度区间内其抗压强度发生复杂变化，一旦温度超过400℃则水泥水化时生成的氢氧化钙将脱水并发生体积膨胀而促使裂缝扩展，并降低其抗压强度；当温度达到600℃时未经水化的水泥颗粒和骨料内包含的石英成分将形成晶体，随着混凝土体积膨胀在骨料内部将形成裂缝，该情况下其抗压强度将急剧下降[1]。
2 耐热混凝土应用及质量控制
2.1 材料控制
胶凝材料。普通混凝土水化过程中生成的水化铝酸钙在高温环境下降脱水而破坏水泥石结构，最终将导致破裂，因此在耐热混凝土内应选用高铝水泥等特种水泥，并保证采用的水泥的强度不低于32.5MPa，若采用普通硅酸盐水泥则应避免其中掺加石灰岩类的混合料，若采用矿渣硅酸盐水泥则应控制后期混凝土的最高使用温度不超过700℃，并应控制水泥中磨细水淬矿渣含量控制在50%范围内。
集料。普通混凝土内采用的集料在高温下会产生较大的体积变形，且部分集料会发生分解现象，该类现象均会导致结构强度降低甚至发生开裂，因此耐热混凝土内应采用熔点较高、热膨胀系数小的骨料，一般应采用燃烧温度不低于1350-1450℃的粘土类骨料或高铝砖碎料以及镁质骨料等，所选骨料粒径一般应控制在5-15mm范围内，在选用骨料时应保证其与水泥材料相适应，并应选择合适的级配且应保证其为连续级配。
掺合料。为保证混凝土的耐高温性能在配置混凝土时应掺加一定量的化学成分类似于水泥的刚玉粉等粉料，实现其可增加混凝土密实性并可减少在高温状态下混凝土变形，以及可改善混凝土的高温性能提高其和易性，并可在一定程度上减少水泥用量；为减少混凝土内孔隙率、降低混凝土的用水量以及提高其强度可在拌合时掺加缓凝型减水剂。
2.2 配合比设计
在进行耐热混凝土配合比设计时应结合混凝土的工作强度、极限温度以及材料来源等因素，并应通过实验最终确定，若混凝土构件要求在高温下保持较高强度则应采用水玻璃耐热混凝土；通常集料耐火度均高于胶结料，因此当胶结料用量超过一定范围则随着胶结料用量的增加会导致混凝土的荷载软化点，且其残余变形将增大，耐火性能降低，因此在进行配合比设计时应在满足施工和易性及强度的要求下尽量减少胶结料用量。
2.3 混凝土搅拌
该类混凝土宜采用机械搅拌，其搅拌时间应较普通混凝土长1-2min；骨料投加宜采用经鉴定合格的磅秤计量，外加剂则应采用量杯计量以保证其计量准确，最终应控制骨料的计量误差控制在±3％范围内，水泥、水和掺合料及外加剂的计量误差控制在±l％范围内；搅拌时应先将水泥、粗细骨料与外加剂先拌合2min，之后按照比例加入水再进行搅拌；混凝土拌合最终应保证拌合料颜色均匀一致为止；若耐热混凝土在冬期施工则应避免在去内部掺加化学促凝剂，当采取措施对混凝土加热时水玻璃耐热混凝土、普通水泥耐热混凝土及矿渣水泥耐热混凝土的加热温度不应超过60℃，高铝水泥耐热混凝土的加热温度则不应超过30℃[2]。
2.4 混凝土浇筑、养护
大体积耐热混凝土浇筑应结合实际情况采取分层、分块浇筑，若采用分层浇筑则应控制每层厚度在250-300mm范围内；浇筑后的混凝土宜采用插入式振捣棒进行振捣，其振捣间距不超过400mm，每个部位的振捣时间应控制在20-30s；振捣完毕后的混凝土应及时用草袋等进行覆盖养护，并应洒水以保持湿润，养护时间应不低于14d，养护温度应控制在15-25℃范围内；若混凝土为水玻璃混凝土则宜在15-30℃的干燥环境内进行养护，但应避免太阳直接暴晒而导致脱水产生龟裂现象；当耐热混凝土的强度达到设计强度的70%时方可对其进行烘烤，烘烤过程中应严格控制其升温速度。
3 耐热混凝土施工质量控制要点
3.1 骨料选择
由于骨料占耐热混凝土体积的75%左右因此其是影响耐热混凝土耐热性能的关键因素，在骨料选择时应选用热膨胀系数较小的材料以减小骨料与水泥石间收缩差值，并应通过改善骨料級配来提高混凝土的密实度和体积稳定性，最终可提高混凝土的耐热性能。
3.2 配合比设计
尽量降低水泥用量。配合比设计时在满足强度要求的前提下应选取水泥用量的较小值，因为当水泥用量超过一定范围时会降低混凝土的荷重软化点，并会使其残余变形增大而影响其耐热性。
降低用水量。投入使用后的耐热混凝土因长期处于高温环境导致内部水分容易散失，同时会增大内部孔隙率导致构件疏松强度降低，且用水量增大会导致混凝土内部残留水分增多，在高温环境下则会产生较大的蒸汽压力而破坏构件[3]。
合理选用矿物掺合料。作为掺合料的粉煤灰、矿粉等具有一定的耐火性，因其内部含有活性SiO2和Al203，其可与水泥水化产物发生反应生成Ca(OH)2，继而会发生二次反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，该产物可有效降低高温下CaO的含量，同时在高温环境中活性SiO2和Al203可与CaO起固相反应而生成体积相对稳定且遇水不消解的硅酸钙和铝酸钙，并且水泥水化产物中的某种凝胶在高温环境中可脱去自身结合水而导致开裂，且该凝胶层越厚则开裂程度越大，因此在其中掺加矿物掺合料可取代一定体积的水泥而减小水泥用量，并可将内部凝胶体分散，因此可在一定程度上减少凝胶体的包裹层厚度而降低了水泥石的开裂程度，同时在混凝土内掺加粉料尚可改善混凝土的和易性，且对利于提高其耐热性能并降低生产成本。
4 结语
耐热混凝土因其生产工艺简单，且易于机械化施工等优点而在热工结构内被越来越多的利用，并且在耐热混凝土施工中科充分利用工业废渣、废旧耐火砖以及某些天然或地方材料，因此可在一定程度上实现废物资源化利用而具有较好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]过镇海，等．常温和高温下混凝土材料和构件的力学性能[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2]王培民．新型和特种混凝土配合比设计及施工性能检测实用手册[M]．北京：中国建材出版社，2005．
[3]张雄，张永娟．现代建筑功能材料[M].北京：化学工业出版社，2009.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：耐热；混凝土；胶凝材料
Abstract: reviewed the action mechanism and the heat concrete technology way, and discusses the construction process, and discusses the construction of quality control points.
Keywords: heat; Concrete; Cement materials
中图分类号： TV544+.91文献标识码：A文章编号：
0 引言
建筑施工中耐热混凝土是指在200-1300℃高温环境的长期作用下，其物理、力学性能良好，耐急冷急热并且在高温下 干缩变形小的特种混凝土，该类混凝土多用于热工设备和受高温作用的结构物，但目前国内尚无耐热混凝土统一的技术规程，因此在耐热混凝土尤其是大体积耐热混凝土施工中从原材料选择、配合比设计以及混凝土浇筑振捣等工艺进行控制，方可确保其耐热性能，并实现其经济效益和价值。
1 耐热混凝土作用机理和技术途径
耐热混凝土是由粗细骨料和适量的胶结料及水通过计算、适配而确定配合比拌合而成的拌合料，其施工工艺类似于普通混凝土，骨料性质、混凝土基体空隙率、各成分耐热性能及胶凝材料是影响混凝土耐热性的基本因素。
普通混凝土在受热状态下内部水泥浆体失水、骨料膨胀以及水泥浆体与骨料、钢筋之间热膨胀不协调而导致热梯度产生，最终会导致结构被破坏。研究表明100℃以下随着普通混凝土内部水分的逐渐蒸发而在内部形成毛细裂缝和孔隙，一旦加载则或导致缝隙尖端应力集中而促使裂缝扩展，温度上升到200-300℃范围内其内部自由水全部蒸发，其水泥凝胶水内的结合水开始脱出且胶合作用加强，该效果会缓和应力集中现象且利于强度提高；拌合物内骨料和水泥浆体的温度膨胀系数间的差异导致随温度升高而产生应变差，随着该差值的增大而在骨料界面形成裂纹导致混凝土强度被消弱，在以上多种因素复合作用下导致在该温度区间内其抗压强度发生复杂变化，一旦温度超过400℃则水泥水化时生成的氢氧化钙将脱水并发生体积膨胀而促使裂缝扩展，并降低其抗压强度；当温度达到600℃时未经水化的水泥颗粒和骨料内包含的石英成分将形成晶体，随着混凝土体积膨胀在骨料内部将形成裂缝，该情况下其抗压强度将急剧下降[1]。
2 耐热混凝土应用及质量控制
2.1 材料控制
胶凝材料。普通混凝土水化过程中生成的水化铝酸钙在高温环境下降脱水而破坏水泥石结构，最终将导致破裂，因此在耐热混凝土内应选用高铝水泥等特种水泥，并保证采用的水泥的强度不低于32.5MPa，若采用普通硅酸盐水泥则应避免其中掺加石灰岩类的混合料，若采用矿渣硅酸盐水泥则应控制后期混凝土的最高使用温度不超过700℃，并应控制水泥中磨细水淬矿渣含量控制在50%范围内。
集料。普通混凝土内采用的集料在高温下会产生较大的体积变形，且部分集料会发生分解现象，该类现象均会导致结构强度降低甚至发生开裂，因此耐热混凝土内应采用熔点较高、热膨胀系数小的骨料，一般应采用燃烧温度不低于1350-1450℃的粘土类骨料或高铝砖碎料以及镁质骨料等，所选骨料粒径一般应控制在5-15mm范围内，在选用骨料时应保证其与水泥材料相适应，并应选择合适的级配且应保证其为连续级配。
掺合料。为保证混凝土的耐高温性能在配置混凝土时应掺加一定量的化学成分类似于水泥的刚玉粉等粉料，实现其可增加混凝土密实性并可减少在高温状态下混凝土变形，以及可改善混凝土的高温性能提高其和易性，并可在一定程度上减少水泥用量；为减少混凝土内孔隙率、降低混凝土的用水量以及提高其强度可在拌合时掺加缓凝型减水剂。
2.2 配合比设计
在进行耐热混凝土配合比设计时应结合混凝土的工作强度、极限温度以及材料来源等因素，并应通过实验最终确定，若混凝土构件要求在高温下保持较高强度则应采用水玻璃耐热混凝土；通常集料耐火度均高于胶结料，因此当胶结料用量超过一定范围则随着胶结料用量的增加会导致混凝土的荷载软化点，且其残余变形将增大，耐火性能降低，因此在进行配合比设计时应在满足施工和易性及强度的要求下尽量减少胶结料用量。
2.3 混凝土搅拌
该类混凝土宜采用机械搅拌，其搅拌时间应较普通混凝土长1-2min；骨料投加宜采用经鉴定合格的磅秤计量，外加剂则应采用量杯计量以保证其计量准确，最终应控制骨料的计量误差控制在±3％范围内，水泥、水和掺合料及外加剂的计量误差控制在±l％范围内；搅拌时应先将水泥、粗细骨料与外加剂先拌合2min，之后按照比例加入水再进行搅拌；混凝土拌合最终应保证拌合料颜色均匀一致为止；若耐热混凝土在冬期施工则应避免在去内部掺加化学促凝剂，当采取措施对混凝土加热时水玻璃耐热混凝土、普通水泥耐热混凝土及矿渣水泥耐热混凝土的加热温度不应超过60℃，高铝水泥耐热混凝土的加热温度则不应超过30℃[2]。
2.4 混凝土浇筑、养护
大体积耐热混凝土浇筑应结合实际情况采取分层、分块浇筑，若采用分层浇筑则应控制每层厚度在250-300mm范围内；浇筑后的混凝土宜采用插入式振捣棒进行振捣，其振捣间距不超过400mm，每个部位的振捣时间应控制在20-30s；振捣完毕后的混凝土应及时用草袋等进行覆盖养护，并应洒水以保持湿润，养护时间应不低于14d，养护温度应控制在15-25℃范围内；若混凝土为水玻璃混凝土则宜在15-30℃的干燥环境内进行养护，但应避免太阳直接暴晒而导致脱水产生龟裂现象；当耐热混凝土的强度达到设计强度的70%时方可对其进行烘烤，烘烤过程中应严格控制其升温速度。
3 耐热混凝土施工质量控制要点
3.1 骨料选择
由于骨料占耐热混凝土体积的75%左右因此其是影响耐热混凝土耐热性能的关键因素，在骨料选择时应选用热膨胀系数较小的材料以减小骨料与水泥石间收缩差值，并应通过改善骨料級配来提高混凝土的密实度和体积稳定性，最终可提高混凝土的耐热性能。
3.2 配合比设计
尽量降低水泥用量。配合比设计时在满足强度要求的前提下应选取水泥用量的较小值，因为当水泥用量超过一定范围时会降低混凝土的荷重软化点，并会使其残余变形增大而影响其耐热性。
降低用水量。投入使用后的耐热混凝土因长期处于高温环境导致内部水分容易散失，同时会增大内部孔隙率导致构件疏松强度降低，且用水量增大会导致混凝土内部残留水分增多，在高温环境下则会产生较大的蒸汽压力而破坏构件[3]。
合理选用矿物掺合料。作为掺合料的粉煤灰、矿粉等具有一定的耐火性，因其内部含有活性SiO2和Al203，其可与水泥水化产物发生反应生成Ca(OH)2，继而会发生二次反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，该产物可有效降低高温下CaO的含量，同时在高温环境中活性SiO2和Al203可与CaO起固相反应而生成体积相对稳定且遇水不消解的硅酸钙和铝酸钙，并且水泥水化产物中的某种凝胶在高温环境中可脱去自身结合水而导致开裂，且该凝胶层越厚则开裂程度越大，因此在其中掺加矿物掺合料可取代一定体积的水泥而减小水泥用量，并可将内部凝胶体分散，因此可在一定程度上减少凝胶体的包裹层厚度而降低了水泥石的开裂程度，同时在混凝土内掺加粉料尚可改善混凝土的和易性，且对利于提高其耐热性能并降低生产成本。
4 结语
耐热混凝土因其生产工艺简单，且易于机械化施工等优点而在热工结构内被越来越多的利用，并且在耐热混凝土施工中科充分利用工业废渣、废旧耐火砖以及某些天然或地方材料，因此可在一定程度上实现废物资源化利用而具有较好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]过镇海，等．常温和高温下混凝土材料和构件的力学性能[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2]王培民．新型和特种混凝土配合比设计及施工性能检测实用手册[M]．北京：中国建材出版社，2005．
[3]张雄，张永娟．现代建筑功能材料[M].北京：化学工业出版社，2009.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。